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1、收费亭红外辐射智能加热节能技术应用收费亭红外辐射智能加热节能技术应用一、专家点评一、项目概述辽宁省地处东北地区南部，属大陆性季风气候，冬季漫长，平均气温在-10左右。辽宁省高速公路管理局所辖收费站 225 个，设置收费亭近 1600 个，现有收费工作人员约 7000 名，平均每人每天工作时间约 8 小时。在冬季，防寒取暖是保证收费人员正常工作必不可少的措施，传统的采暖方式为采用普通电暖器和分体空调，能耗大，且供暖效果不理想。为此，实施单位按先试点后推广的模式，2007 年 10 月，在沈阳至四平高速公路 6 个收费站的收费亭内安装了 43 套红外辐射加热供暖装置进行试点，共投入 18.33 万
2、元。试运行期间，收费亭内最高温度分别可达到（2025），在相同供暖温度条件下相比普通电暖气节电约 30%，取得了较好的防寒取暖和节能效果。基于此，辽宁省高速公路管理局 2008 年至 2011 年，共投入 625.17 万元，在沈阳绕城、沈阳至吉林、沈阳至海口等 17 条高速公路沿线 202 个收费站的 1407个收费亭内安装了红外辐射加热供暖装置，不仅改善了工作环境，而且减少了电能消耗。二、项目评价1.项目先进性和技术成熟度评价红外辐射加热供暖技术在采暖通风领域处于国内领先水平，在民用建筑领域已有应用。本项目较好地解决了我国北方地区高速公路收费亭冬季采暖问题，技术先进成熟。2.项目节能环保潜
3、力评价项目节电率约为 27%，具有较好的节能效果。3.项目经济效益评价项目每年可节约电费约 250 万元，投资回收期约 2 年，具有较好的经济效益。4.项目的推广应用条件项目宜结合新建或改建收费亭冬季采暖需求和电力供应情况进行推广应用。5.项目推广价值评价项目适合在我国北方地区高速公路收费站的收费亭内推广应用，尤其是冬季平均气温在 5以下，采暖期在 90 天以上地区的高速公路收费站。三、问题及建议项目使用时需考虑必要的安全防护措施和保温措施；推广应用单位采用该项技术时宜与其他电采暖方式进行比较；相关主管部门适时出台行业或地方标准，为下一步推广应用奠定基础。二、经验材料收费亭红外辐射智能加热节能
4、技术应用实施单位：辽宁省高速公路管理局一、项目概况辽宁省高速公路管理局是辽宁省交通厅直属的副厅级行政事业单位，对全省已建成通车的高速公路实施集中统一管理，具体负责高速公路养护、路政、收费、通信监控和综合服务的监督管理工作。局下辖 18 个管理处、1 个应急处置中心和 1 个国有企业。截至 2011 年底，全省高速公路通车总里程为 3300 公里，共设置收费站 225 个、服务区 104 个，全局共有职工 14,130 人。辽宁省地处东北地区南部，属大陆性季风气候，冬季相对漫长，平均气温在-15左右，采暖期约 6 个月。由于高速公路收费站大多远离城区，且具有二十四小时连续运转的行业特点，因此采暖
5、期间保证收费亭供暖效果和 7000 余名收费人员身体健康并降低能耗，是必须面对和解决的现实问题。2007 年 10 月，高速公路管理局首先在京哈高速公路沈四段的昌图等 6 个收费站的收费亭内安装了43 套红外辐射加热装置，取得较好效果。2008 年开始，逐渐加大了该技术的推广应用力度，目前，辽宁省高速公路总计安装了 1450 套红外辐射智能加热系统。该系统具有供暖效果好、节能和美观耐用的特点，相比传统电暖器加空凋的供暖方式，节电率在 20%以上，不仅改善了一线收费人员的工作环境，也节约了能源。二、节能原理（1）基本构造红外辐射智能加热系统主要包括红外辐射加热系统、智能温控系统两部分。红外辐射加
6、热系统，由亭内顶部和侧部的面状定向辐射板及防静电电热地板三部分构成，它将电能转换成红外辐射热能，为亭内收费员提供正常工作所需热量；智能温度控制系统稳定控制辐射板和防静电地板的加热温度，温度到达设定值后自动停止加热进入保温阶段，待温度下降后自动启动加热系统，保证亭内温度基本恒定。（2）节能原理热能传递的方法有三种：传导、对流和辐射。用电取暖设备一般采用对流和辐射两种传热方式。普通电暖器属于对流传热制热设备，对流加热需要利用中间介质来传递热量，中间介质（以空气为例）的分子碰撞到热源的高温表面时，吸收热量，其靠近热源空气的温度升高，热空气上升，上升过程中与冷空气发生热交换。其传热特点是：必须通过介质
7、传热，受热物体只有表面接受热量。红外辐射加热是从热源表面直接发射出红外辐射波，只要中间没有阻挡，就直接射向物体（人），中间的空气分子不会吸收红外辐射热能，而大多数物体（人）表面具有吸收特性，可以吸收红外辐射热能。辐射加热的特点是：直接传递热量、传递速度快，吸收热量大、部分透入物体表面，物体受热比较均匀。因此，良好的辐射源，能够使受热物体吸收更多热能，增加能源利用效率，是一项重要节能技术。高速公路收费站地处旷野，收费亭壁相对较薄、保温性能较差，由于需经常打开一侧窗口进行收费，导致亭内热量不断流失，热能损失较大，因此需要不间断的进行制热供暖。在应用红外辐射智能加热系统前，收费亭取暖采用普通电暖器与
8、空调结合的供暖方式，由于电暖器加热无精确温度控制，不能随着外部环境的变化而调整供热量，造成收费亭取暖能耗高，每平米耗能近 1KM，超出国家规定的建筑耗能指标 10 倍，但供暖效果差，亭内人员仍需要穿棉鞋、大衣进行收费。应用该技术后，可以根据需要对亭内温度进行设定，温度分布比较均匀，亭内工作人员反映良好，穿单鞋、秋装就可以工作。为对比红外辐射智能加热系统与传统电暖器与空调结合的供暖效果，2007年 2 月，对京哈高速公路的锦州收费站分别采用两种供暖装置的收费亭内多个位置的温度进行了连续 72 小时的实测，结果如图 1 和图 2 所示。图 1 收费亭采用电暖器热源加热的效果图 2 收费亭采用红外辐
9、射智能加热系统加热的效果通过曲线数据可知，采用电暖器与空调取暖结合的收费亭内温度分布上下不均，收费亭顶部温度高，收费亭下部温度低，底部温度更低，接近亭外环境温度。此外，还存在白天日照充足时亭内温度较高，夜晚温度急剧下降的情况。采用红外辐射智能加热系统可通过智能温度控制系统实时对亭内温度进行精确控制，亭内顶部辐射板对收费员上部及腿部辐射加热，底部和侧边辐射板不仅为收费员的脚部和腿部提供热量，同时侧边辐射板产生的少量对流热量形成热风幕，避免了亭外冷风直接吹向人体。除收费窗口侧温度较低外，其余亭内空间的温度分布较均匀，工作人员始终在恒定的温度下工作，提高了工作的舒适度。两种加热系统效果模拟，如图 3
10、 和图 4 所示：图 3 采用电暖器与空调结合供暖 图 4 采用红外辐射智能加热系统供暖通过对比分析可知，红外辐射加热系统具有以下技术特点：将红外辐射加热装置设计成高效面状辐射源，并面向收费员构成局部立体加热区，充分利用有限热源。人体具有良好红外吸收特性，能够有效吸收辐射热源，热能利用率高。除集中加热区外，其他区域温度相对低，即亭内与内壁接触的空气温度相对低，热能散失较少。红外辐射加热系统热蓄少、加热快，有利于温度自动化精度控制，实现恒温供暖，减少加热过程中的热能损耗。消除了安全隐患。新系统与收费亭有机结合，不仅节省了亭内空间，而且解决了电暖器加热方式存在的易引发火灾、漏电、烫伤等安全隐患的问
11、题；使用寿命长、可靠性强。红外辐射智能加热系统的使用寿命在 20 年以上，且解决了长期使用热效率低、可靠性差、易出现故障等问题。三、技术内容为保证项目实施的可靠性，我局采取了先行试点再逐步推广的工作方式。高速公路管理局在 2006 年至 2007 年冬季，分别选取了省内高速公路最北端的毛家店收费站和中部地区的锦州收费站作为试点单位。这两个收费站一个地处辽北，一个地处辽西，气候条件不同，冬季温差在 10左右，具有很强的代表性。进行工况测试时，同时采用新、旧两种供暖方式对相邻的两个收费亭进行测试，在亭内安装电度表、温度表、湿度表等测量设施，指派专人负责数据的采集和定期上报。表 1 测试地点及周期路
12、线名称站名安装日期测试周期京哈高速公路沈山段锦州站2006 年 12 月2007 年 1 月-2 月（12 小时）京哈高速公路沈四段毛家店站2007 年 1 月2008 年 2 月-3 月（72 小时）表 2 锦州收费站统计数据表2007 年 1 月加热方式最低温度最高温度平均温度耗电量节电率户外温度电暖器与空调 结合151816.6719.3 度 -3-10红外辐射182119.5314.7 度24%-3-10 2007 年 2 月 加热方式最低温度最高温度平均温度耗电量节电率户外温度 电暖器与空调结 合172319.1315.5 度 07红外辐射172019.077.95 度48%07表
13、3 毛家店收费站统计数据表2008 年 2 月加热方式最低温度最高温度平均温度耗电量节电率户外温度电暖器与空调 结合122416.52114.6 度 -25-15红外辐射162120.0493.6 度18.30%-25-152008 年 3 月加热方式最低温度最高温度平均温度耗电量节电率户外温度电暖器与空调 结合102115.52106.6 度 -25-15红外辐射112419.5291 度14.60%-25-15从表中的数据可知，锦州站两个月的测试期内，在亭内温度提高 3的同时，红外辐射供暖装置节电率分别达到 24%和 48%；毛家店站两个月的测试期内，在亭内平均温度提高 4的同时，红外辐射
14、供暖装置节电率分别达到 18.3%和 14.6%。两个站的总平均节电率达到了 26.2%，同时亭内各处温度均匀性良好，感觉舒适，取得了很好的供暖效果。2007 年 10 月，应用于京哈高速公路沈四段的 43 个收费亭时，对收费亭的结构进行了改进，在保证收费亭内各项设施的电气性能不受影响和使用安全的前提下，将红外辐射供暖装置嵌入收费亭顶棚和侧壁，同时改进了电热地板的防静电性能，使红外辐射加热装置与收费亭成为一体（如图 5），既减少了占地空间，又美观整洁。通过几个供暖期的应用，收费亭的供暖和节电效果较稳定。2008 年 10 月，高速公路管理局在沈阳绕城和沈吉高速公路各收费站的收费亭安装了 157
15、 套红外辐射供暖加热装置；2010 年 10 月，在沈海等 7 条高速公路110 个收费站的 717 个收费亭安装了红外辐射供暖装置。此外，2010 年至 2011年间，对 199 个收费亭实施改建的同时，同步在其中加装了嵌入式红外辐射供暖装置。为推广红外辐射供暖加热装置的应用，自 2009 年起，全省新开通高速公路的收费亭全部采用红外辐射智能加热系统。图 5 与收费亭一体式红外辐射加热装置四、推广应用条件本项目适用于我国北方地区高速公路收费亭及各种移动的超限亭、执勤亭等，取暖效果较好。五、效益分析1.节能效益截至目前，辽宁省高速公路共有收费亭近 1600 个，应用红外辐射供暖系统1450 套
16、，其中单向亭 1250 套，双向亭 200 套。高速公路收费亭为 24 小时供暖，具体节能量计算如下：（1）单向收费亭单向收费亭原使用 1 个电暖器，加热功率为 2KW，亭内为 1P 空调，压缩机功率（850W）与制热功率（500W）共计 1.35KW，供暖期内日均运行 11 小时；红外辐射智能加热系统的最大运行功率为 2kW，可根据需要设定亭内环境温度，日均工作 13 小时；每个供暖期的运行天数设定为 180 天（10 月中旬至次年 4 月中旬，下同）。电暖器1P 空调日均用电量：（21.35）11=36.85（kWh）；红外辐射智能加热系统日均用电量：213=26（kWh）；单向亭红外辐射供暖系统日节电量：36.8526=10.85（kWh）；单向亭应用红外辐射智能加热系统和传统电暖器与空调结合系统相比节能率为：10.8536.85100%=29.44%；单点供暖期节电量：10.85180=1953（kWh）；1250 套单向亭供暖期
